2. Деформация тонколистовых деталей в процессе лазерной резки

2.1. Термодеформационные процессы при лазерной резке тонколистовых деталей.

2.1.1. Неравномерный нагрев – причина возникновения напряжений

При лазерной обработке в металлах происходят термодеформационные и физико-химические процессы. Под термодеформационными процессами следует понимать упругопластическое деформирование металла вследствие неравномерного нагрева при лазерной обработке и возникновение при этом временных и остаточных напряжений. Физико-химические процессы при лазерной обработке происходят в твердом и расплавленном металле и характеризуются фазовыми и структурными превращениями, растворением и выделением веществ из раствора, диффузией и т.д.

Термодеформационные процессы и превращения в металлах при лазерной обработке определяют технологическую прочность металла в различных зонах воздействия, т.е. стойкость против образования локальных разрушений при сварке, наплавке, резке, термообработке и других видах лазерной обработки.

Кроме того, термодеформационные процессы в значительной степени определяют эксплуатационные свойства деталей и конструкций, обработанных лазерным излучением, т.е степень соответствия механических и химических свойств условиям и требованиям эксплуатации. И, наконец, вопросы точности деталей и конструкций после лазерной обработки основаны на знании закономерностей образования деформаций и напряжений.

Механизм образования временных и остаточных деформаций и напряжений.

Если осуществлять равномерный нагрев материала, то его свободное расширение будет происходить без возникновения напряжений. При неравномерном нагреве тела связи между нагретыми и не нагретыми участками препятствуют свободному расширению тела. Вследствие этого в нем возникают собственные температурные напряжения, действующие при отсутствии внешних сил.

Температурные напряжения, возникающие и действующие в процессе тепловой обработки, принято называть временными. Таким образом, при лазерной обработке на стадиях нагрева, выравнивания температур и охлаждения имеют место временные напряжения.

Наряду с температурными деформациями и напряжениями в теле также могут возникать деформации и напряжения, обусловленные фазовыми или структурными превращениями, происходящими с увеличением или уменьшением объема.

Неравномерный нагрев и изменение объема тела вследствие температурного расширения, а также фазовых или структурных превращений приводят к возникновению упругих и пластических деформаций. Пластические деформации в теле после его полного охлаждения являются причиной действия собственных напряжений, называемых остаточными.

2.2. Используемое оборудование – комплекс лазерный fMark-20 rl.

2.2.1.Внешний вид и структура комплекса

Все работы производились на лазерном маркирующем комплексе FMark-20RL, фотография которого приведена на рисунке 2.1. Данный комплекс предназначен для выполнения работ по маркировке и гравировке изделий из металлов, пластмасс, резины, окрашенных металлических поверхностей.[ http://www.ltc.ru/instrument/fmark20-rl.shtml]

Комплекс работает под управлением специализированного программного обеспечения M-Script, описание которого можно узнать на официальном сайте [http://www.ltc.ru/instrument/soft-M-Script.shtml] и из «Пояснительная записка к подготовке данных для лазерных маркирующих и гравирующих комплексов DMark-06RL, FMark-10RL, FMark-20RL, BetaMark-RL».

Рисунок 2.1 Лазерный маркирующий комплекс FMark-20RL.

В состав комплекса входят: персональный компьютер, лазер, управляющая система, рабочий стол, штатив с червячным механизмом (для ручного перемещения сканатора по вертикальной оси), на который закреплена сканаторная система с коллиматором лазера. Так же имеется набор приспособлений для установки и закрепления деталей и настройки фокуса.